陳云霽：創“芯”國之重器

檀彥卓　支天

陳云霽在學術會議上作報告

大約5.2億年前，在地質學上被稱作“寒武紀”的時代，大量無脊椎動物在短時間內出現“生命大爆發”。如今，“寒武紀”這個名字被人們再次提起時，多是指中科院計算所研發的人工智能芯片處理器，意喻著人工智能即將迎來大爆發的時代。

“寒武紀”是由陳云霽和他同在中科院計算技術研究所的弟弟陳天石帶領團隊研發的一款達到國際一流水平的系列智能芯片。陳云霽14歲考入中國科學技術大學少年班，24歲在中科院計算所取得計算機博士學位，29歲就晉升為研究員，被認為是“彎道超車”的天才。如今，陳云霽擔任中科院計算所智能處理器中心主任，帶領團隊進行智能芯片的研究開發，成為中國在人工智能時代實現“彎道超車”的領跑者。

第一次“彎道超車”——少年班走出來的研究員

寸頭、圓臉、黑框眼鏡，深灰羊毛衫、雙肩包，初次見面誰也不會把看上去學生模樣的陳云霽與中國青年科技獎、國家萬人計劃“青年拔尖人才”等頭銜聯想在一起。陳云霽1983年出生于江西南昌的一個普通知識分子家庭。受父母影響，他打小就熱愛學習、博覽群書，向往著成為一名科研工作者。談起童年，他認為興趣對自己的影響很大“父母很注意培養我的好奇心。父母書架上的書，不管是工程類的，還是歷史方面的，我都愛看。”陳云霽至今還對歷史很癡迷，他認為這和啟蒙教育關系很大。

陳云霽小學三年級就學完小學數學課程，小學畢業時又學完初中數學課程，同時考上南昌十中。中學期間，他在班里整體成績并不突出。他心里很清楚，實現“科學家”夢想，考上好大學是先決條件。

經過一段時間努力，他考入中國科學技術大學少年班，14歲的陳云霽完成人生第一次“彎道超車”。然而，進了少年班以后，他發現自己并不是“最快”的那一個。陳云霽自認為在科大少年班既不是最聰明的，也不是最勤奮的，成績在班上的“后半截”。“學習、生活各方面都有點準備不足。”他笑著說，“‘彎道超車得下苦功夫的道理，這是在科大少年班學到的。”

中科大少年班可以根據興趣來選專業，班里不少人都選了數學或者物理，陳云霽卻犯了難。“那時候大家都覺得自己是數學天才。”陳云霽回憶，“記得數學大師陳省身給少年班有個題詞，是‘不爭第一。我想，拿不到第一不要緊，但是得從事個感興趣的方向。”

大學三年級，對未來還有些懵懂的陳云霽就把計算機系所有實驗室的門敲了個遍，問是否接收本科生。最后，教計算機體系結構的周學海教授所在的實驗室收下了他。通俗地說，計算機體系結構就是研究如何用晶體管的“磚石”搭出計算機的“大樓”。在研發過程中，盡管做的都是些打下手的“雜活”，卻讓陳云霽第一次恣意徜徉在這座“大樓”中。

2002年，陳云霽加入計算所，跟隨胡偉武研究員碩博連讀，成為當時龍芯研發團隊中最年輕的成員。沒想到，這一干，就是12年。陳云霽說：“沒有‘龍芯，就沒有今天的陳云霽，是胡老師的言傳身教，帶我走上芯片行業。”

博士畢業后，陳云霽留在了計算所。年僅25歲的陳云霽，成為8核龍芯3號的主架構師。

第二次“彎道超車”——深度學習處理器領域的引領者

2008年，當時人工智能這個“風口”還沒有起來，陳云霽就已經開始研究如何用計算機模擬人的智能。用更專業的話來說，就是通過體系結構來設計神經網絡芯片。而在此之前，計算機硬件的運行速度和功能已經成為神經網絡應用的瓶頸。

北京奧運會期間，已經放假的陳云霽躲在宿舍里揮汗如雨。很快，他撰寫的論文被計算機系統結構領域頂尖國際會議國際高性能計算機體系結構會議（HPCA）錄用，這也是HPCA歷史上第一篇來自中國大陸的論文。

研究人工智能的道路并不平坦，在實踐中陳云霽遇到了很多困難。招不來學生、申請不到項目……陳云霽只身一人在辦公室沒日沒夜地熬，完成了第一個處理器架構原型的邏輯設計，一張折疊床成了他辦公室的“碼農標配”。

更為糟糕的是，在他提出了一系列基于人工智能方法的處理器研發技術，并多次向體系結構頂級會議投稿后，卻總是以被拒而告終。

陳云霽并沒有被困難嚇倒，他相信，只要堅持“人工智能”夢，把研究做得更深入，外在的困難總是能克服的。

經過多年的積累，陳云霽終于在2014年迎來碩果。他帶領的團隊和其他團隊合作的成果：“一種小尺度的高吞吐率機器學習加速器”，智能處理的能效達傳統芯片的近百倍，其論文在國際體系結構支持、編程語言和操作系統國際會議（ASPLOS）上獲得“最佳論文獎”。這是大陸科研機構首次在國際計算機系統結構領域頂級會議上獲得最佳論文獎，也是亞洲首次、美國之外國家第二次獲得ASPLOS會議的最佳論文。

憑借扎實的科研成果，陳云霽完成了人生的第二次“彎道超車”。

如今，陳云霽開創的深度學習處理器這一方向，已成為國際計算機體系結構領域最熱門的學術研究方向之一。他的相關論文受到哈佛、谷歌等上百所國際知名研究機構和圖靈獎得主、中美兩國院士等一大批國際知名學者引用跟蹤。

國際權威學術雜志S cience稱陳云霽為深度學習處理器的“先驅”和“國際上該方向公認的引領者”。2015年，陳云霽被MIT Technology Review評為全球35位35歲以下青年創新者。

第三次“彎道超車”——努力建立信息產業新生態

黨的十九大報告提出“，推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合”。國務院也印發了《新一代人工智能發展規劃》，指導我國人工智能的發展。黨和國家對這一重要戰略機遇的重視可見一斑。

人工智能時代正在迫近，如何實現中國在人工智能的“彎道超車”？能否建立起以中國為主導的、開放共贏的信息產業新生態？以陳云霽等為代表的中國科學家們正在努力探索。

“人工智能不是空中樓閣，必須附著在某個東西上。”陳云霽介紹說，正如工業時代的蒸汽機、信息時代的通用CPU，智能芯片作為智能產業的核心物質載體，決定了智能產業未來的應用與發展，對我國引領智能時代的產業發展，有著不可或缺的重要性。

2017年，陳云霽率領其團隊成功研制了國際首個深度學習處理器芯片——“寒武紀”。

陳云霽曾這樣來解釋自己的靈感來源：“人的大腦是已知最智能的物體。如果能把大腦中神經元和突觸數字化抽象出來，這樣的數字化網絡某種程度上可能就繼承了人腦對信息的處理能力。”

一方面，神經網絡是智能處理的好方法;另一方面，通用處理器在這方面效率很低。“如果要用通用處理器搭建一個人腦規模突觸的神經網絡，可能需要建一個電站來給它供電了。”陳云霽想到，為什么不能用人工智能的辦法來設計一款專門的芯片呢？

“寒武紀”恰恰解決了這一問題：它可以在計算機中模擬神經元和突觸的計算，對信息進行智能處理，還通過設計專門存儲結構和指令集，每秒可以處理160億個神經元和超過2萬億個突觸，功耗卻只有原來的1/10，未來甚至有希望把整個“阿爾法狗”系統裝進手機。如今，“寒武紀”已成功應用于數千萬臺手機中，為手機提供更高的實時智能處理能力。

伴隨人類智能科技的不斷發展，芯片研究的使命將從信息時代的計算轉變為支撐機器智能，建立信息產業新生態刻不容緩。“要以黨和國家的需求為己任，抓住智能時代前所未有的機遇，努力將‘寒武紀系列智能芯片成果不斷發展壯大。”對于中國在人工智能時代實現“彎道超車”，陳云霽信心十足。

人物名片

陳云霽，中國科學院計算技術研究所研究員，博士生導師。現任中國科學院腦科學卓越中心特聘研究員、計算所智能處理器中心主任、寒武紀黨總支書記。他帶領智能處理器研究中心（寒武紀課題組），研制國際上首個深度學習專用處理器芯片“寒武紀”，曾榮獲全國創新爭先獎、中國青年科技獎、國家萬人計劃“青年拔尖人才”稱號等。

（作者單位：中國科學院計算技術研究所）